Биоинженеры создали крошечных роботов с нервной системой

Исследователи из Института биоинженерных разработок им. Висса при Гарвардском университете сделали новый шаг в создании живых роботов. В статье, опубликованной в Advanced Science, они описали крошечных биороботов, оснащенных настоящими нейронами, которые управляют их движением и поведением.

Ранее команда создавала ксеноботов — конструкции из клеток кожи лягушки, способные перемещаться в жидкости, но не имевшие внутренней системы управления. Новые роботы, названные нейророботами, интегрируют нейроны, формирующие сети и взаимодействующие с клетками, отвечающими за движение.

Как создают нейророботов

Для создания нейророботов разработана методика, позволяющая внедрять нейрональные клетки-предшественники в первые минуты формирования биоробота. Исходный материал — недифференцированная кожа эмбрионов лягушки Xenopus laevis, давно используемая в исследованиях развития и клеточной биологии.

Когда ткань в течение примерно 30 минут заживает, она меняется из чашеобразной формы в сферическую. В этот момент исследователи вводят внутрь недифференцированные нейрональные клетки из донорских эмбрионов. Через сутки структура полностью заживает, а еще через день на поверхности появляются новые нейроны. Роботы начинают двигаться и проявлять первые признаки самоконтроля, демонстрируя более сложные паттерны поведения.

Нейроны формируют движение

Вживленные нейроны постепенно соединяются друг с другом и с клетками, обеспечивающими движение. Это делает робота более вытянутым и меняет его двигательную активность. Ученые подчеркнули, что нейронная активность не просто присутствует для галочки, а реально управляет поведением.

«Важно отметить, что интеграция нервной системы изменяет форму (морфологию) и функцию нейроробота. По сравнению с предыдущими биороботами, нейророботы демонстрируют отчетливые паттерны многоресничных клеток, повышенную активность и более сложное спонтанное поведение, а также существенные изменения в экспрессии генов», — говорит доктор философии Халех Фотоват, ведущий автор исследования.

Чтобы убедиться в этом, команда провела эксперименты с препаратом, нарушающим связь между нейронами. Реакции нейророботов и контрольных биороботов различались, что подтвердило, что нервная система активно формирует движение. Кроме того, наблюдались неожиданные изменения в экспрессии генов, включая те, что связаны с развитием зрительной системы, что дает надежду на будущие сенсорные способности.

Значение открытия

По мнению исследователей, нейророботы открывают новые горизонты в биологии и медицине.

«Биороботы, а теперь и нейророботы, — это достижения, которые бросают вызов научному мышлению и всем ранее существовавшим парадигмам. Они открывают новые возможности для фундаментальных исследований и разработки решений медицинских задач, которые сейчас трудно даже представить», — отмечает Дональд Ингбер, директор-основатель Института Висса.

Индийские ученые создали армию нанороботов для лечения зубов